인지 무선 네트워크에서 스펙트럼 핸드오프는 현재의 전송채널을 다른 유휴채널로 바꾸어 데이터를 전송하는 과정이다. 스펙트럼핸드오프의 목적은 부사용자에게 끊김 없는 데이터전송을 지원하여 지속적인 전송품질을 보장하기 위함이다. 그러나 이와 같은 핸드오프과정은 심각한 전송지연을 야기할 수 있다. 이때 채널 예측을 바탕으로 핸드오프를 실행할 경우 핸드오프에서 시간이 소요되는 부분을 미리 실행하므로 핸드오프 지연을 줄일 수 있고 주사용자에 대한 간섭도 줄일 수 있다. 본 논문에서는 실시간으로 통계적 특성이 변화하는 채널 상황에서 채널 예측을 정확성을 높이기 위한 적응적 채널 예측 방법을 제안하였다. 또한 적응적 채널 예측을 바탕으로 하여 핸드오프시점을 미리 추정하고 적절한 채널을 선택하여 핸드오프 과정을 설계하였다.
핸드오프 제어에서의 가장 큰 문제점은 핸드오프시 일시적인 링크 절단에 따라 발생하는 서비스 품질의 저하이다. 이에 따라 핸드오프 처리시간을 최소화하는 방안으로 핸드오프 처리시간을 줄이기 위해 인접 AP를 중심으로 하는 무선환경을 측정, 관리하여 핸드오프시 이 정보를 활용한 빠른 핸드오프를 제공하는 방안이 IEEE 802.11k에서 제안되었다. 본 연구에서는 무선랜 기반의 홈네트워크에 이 방식을 적용시 핸드오프 처리시간, 무선스펙트럼 사용 감소, 핸드오프 커버리지의 특성을 분석하였다.
무선통신망에서 예측기법을 이용하는 경우는 대부분 사용자호가 요구하는 자원의 크기를 예측하여 미리 요구자원을 예약함으로써 사용자호가 요구하는 품질을 보장한다. 그러나 본 논문에서는 무선인지통신망에서 면허사용자가 사용하지 않는 스펙트럼홀(spectrum hole)자원의 크기를 예측하여 대여사용자의 스펙트럼 핸드오프호의 서비스 품질을 향상시킬 수 있는 채널할당방법을 제안한다. 스펙트럼홀의 예측은 위너예측모델을 이용한다. 채널할당 방법은 대여사용자호를 초기 발생호와 스펙트럼 핸드오프호로 구분하고, 예측된 스펙트럼홀 자원의 일정부분을 예약하여 스펙트럼 핸드오프호에 우선적으로 할당한다. 시뮬레이션을 통하여 제안한 기법이 스펙트럼홀 예측을 사용하지 않는 방법보다 대여사용자의 스펙트럼 핸드오프호의 서비스 품질을 향상(50% 예약시 평균 11% 개선)시킬 수 있음을 보인다.
본 논문에서는 무선인지 망에서 2차 사용자가 1차 사용자의 스펙트럼 홀을 점유하여 서비스를 진행 하는 중에 1차 사용자가 다시 나타나 스펙트럼 핸드오프를 해야 할 경우, 2차 사용자 호의 강제 종료율을 줄이는 방법을 제안한다. 제안한 방법은 1차 사용자가 출현하여 요구하는 채널의 양을 위너예측 모델로 예측하고, 그 예측된 채널의 양을 기초로 2차 사용자가 스펙트럼 핸드오프를 해야 할 경우, 2차 사용자 호의 전용채널을 이용하여 필요한 채널의 양을 미리 예약하여 끊임이 없는 서비스를 제공한다. 시뮬레이션을 통하여 예약을 하지 않고 랜덤하게 채널을 엑세스하는 방법과 제안한 방법의 성능을 2차 사용자의 스펙트럼 핸드오프 호의 강제 종료율과 2차 사용자의 새로운 호의 엑세스를 차단하는 차단율 및 채널이용률에 대해서 비교한다. 그 결과 본 논문에서 제안한 방법이 2차 사용자의 스펙트럼 핸드오프 호의 강제 호 종료율을 줄일 수 있음을 보인다.
본 논문에서는 셀룰러 기반 무선 인지망에서 핸드오프 호를 위한 가드채널할당기법(guard channel scheme)의 자원이용률의 저하를 개선하기 위해 무선인지 기술을 사용하여 자원 이용률을 향상시키면서, 무선 인지망의 부 사용자(cognitive radio user) 손실률을 줄이는 방법을 제안한다. 제안한 방법에서는 핸드오프 호의 전용채널(guard channel)을 부 사용자가 이용하도록 하고, MMOSPRED(Multi-Media One Step Prediction)기법으로 핸드오프 호의 발생을 예측한 다음, 핸드오프 호가 발생하면 핸드오프 호의 전용채널을 넘겨주고, 부 사용자는 예약된 자원으로 스펙트럼 핸드오프를 하여 서비스를 완료 하도록 한다. 시뮬레이션을 통하여, 제안한 기법의 자원 이용률과 부 사용자의 손실률에 대한 성능이 기존의 가드채널 할당기법과 모바일의 이동성을 예측하지 않은 채널할당기법 보다 우수함을 보인다.
이동 통신 분야에서 통신 기술의 발달에 의한 정보화 사회의 진전에 따라 비약적인 발전을 거듭하고 있다. 특히 이동 전화와 노트북과 같은 이동 단말기가 보편화됨으로써 셀룰러망이 빠르게 성장할 수 있었고, 제한된 라디오 스펙트럼에서 이동 단말기의 증가하는 수를 조정하기 위해 마이크로/피코셀룰러 구조와 같이 디자인되었다. 이와 같이 다수의 사용자를 수용하기 위해 셀 크기를 축소하게 되면 핸드오프 이벤트가 증가하게 되고 안정적인 서비스를 제공하기 위해 효과적으로 처리해 줄 수 있는 핸드오프 기술은 필수적이라 할 수 있다. 이 논문에서는 이웃에 있는 셀에 셀룰러 트래픽의 양에 따라 핸드오프 호에 예약한 셀 안에 대역폭의 양을 동적으로 조정하는 Population-Based Reservation구조에서의 Fractional Parameter에 대한 성능을 분석하였다. 이 파라미터의 값은 QoS 요구를 기본으로 결정되어져야 하고 요구사항을 충족시키기 위해 변화하는 트래픽 상태들에 따라 동적으로 조절되어질 수가 있다.
인지 라디오 시스템에서 PU사용자에게 간섭을 주지 않으면서 스펙트럼을 기회적으로 사용해야 하는 SU사용자 입장에서는 자신의 QoS를 보장받는 것이 또 하나의 과제이다. 본 논문에서는 PU사용자의 출현으로 SU사용자가 스펙트럼 핸드오프 해야할 경우, 가용 스펙트럼 홀 채널의 양이 부족할 때에는 요구 채널의 크기를 재협상하여, 가용 스펙트럼 홀의 크기 내에서 대역폭을 재할당하여 SU사용자 호의 손실률을 줄이는 방법을 제안한다. SU사용자는 스펙트럼 홀의 사용에서 우선권을 갖는 제1우선권 SU호와 품질의 재협상이 허용되는 제2우선권 SU호로 구분하고, 제1우선권 SU호에 대해서는 ARMA예측기법으로 PU사용자의 출현을 예측하여 스펙트럼 핸드오프에 필요한 자원을 우선적으로 예약하고, 제2우선권 SU호에 대해서 대역폭 협상을 통하여 대역폭을 재할당한다. 시뮬레이션결과 대역폭 재할당을 통해 SU호의 손실률과 시스템의 자원 이용률이 향상됨을 보인다.
본 논문은 무선인지시스템이 갖는 얼랑 용량을 분석하였다. 무선 인지 사용자들의 신규 호 및 스펙트럼 핸드오프를 요청하는 호들에 대해 버퍼를 사용하는 무선 자원 관리 기법을 고려하였으며, 성능 분석을 위해 마르코프(Markov) 모델을 사용하였다. 이를 기반으로 무선 인지 시스템에서 기사용자 및 무선 인지 사용자가 겪는 호 차단(call blocking) 확률, 강제 호 종료(forced call termination) 확률, 호 서비스 비완료(non-completion) 확률 등을 유도하였다. 시뮬레이션을 통해 버퍼의 크기가 증가함에 따라, 인지 무선 시스템에서 수용될 수 있는 얼랑 용량 또한 증가함을 보였다.
제한된 라디오 스펙트럼에서 증가하는 이동 단말기의 수에 따라 서비스를 제공하기 위해서, 무선 시스템은 마이크로/피코 셀룰러 구조와 같이 설계되어야 한다. 이와 같이 다수의 사용자를 수용하기 위하여 셀 크기를 축소하게 되면 핸드오프 이벤트가 증가하게 되며, 안정적인 서비스를 제공하기 위해 효과적 처리해 줄 수 있는 핸드오프 기술이 필수적이라 할 수 있다. Population-Based Bandwidth Reservation(PBR) 구조는 한 셀(Cell)의 이웃에 있는 셀 들에게 셀룰러 트래픽의 양에 따라 대역폭의 양을 동적으로 조절함으로써 핸드오프 호(Hand-off Call)들에게 우선 순위를 제공하는 구조이다. 본 논문에서는 어떤 기간에 발생하는 핸드오프 호에 요구되는 전체 대역폭에 대한 요청 예약 비율을 나타내는 Fractional Parameter, f의 변화에 따라 PBR 구조의 성능을 분석하였다. 파라미터 f의 값은 QoS(Quality of Service) 요구에 따라 결정되어지며, 요구사항을 충족시키기 위하여 변화하는 트래픽 상태에 따라 동적으로 조절된다. f의 최적값은 이동국(Mobile Station)의 속도, 평균 호의 기간, 셀 크기 등에 따라 결정되어진다. 본 논문에서는 이동국의 속도에 따라서 평균 호의 기간과 셀 크기를 가정하였다. 속도에 따라서 약간의 타이가 나지만, 0.4 $\leq$ f $\leq$ 0.6인 경우에서 Blocking Probability, Dropping Probability, Utilization이 최적인 값을 가지게 된다.
본 논문에서는 셀룰러 인지 라디오 망에서 주 사용자들 (PU; primary user)의 다중 채널상에서 발생하는 스펙트럼 홀 (spectrum hole)을 그룹핑(grouping)하여, 광대역 인지 사용자 (WCRU; wideband cognitive radio user)의 서비스 품질 (QoS; quality of service)을 향상시킬 수 있는 방법을 제안한다. 제안하는 스펙트럼 홀 그룹핑 방법은 같은 시간에 발생하는 스펙트럼 홀들을 위너예측과정으로 예측하고, 예측된 스펙트럼 홀을 그룹핑하여 광대역 인지 사용자를 지원함으로써 인지 사용자의 서비스 품질을 향상시킨다. 시뮬레이션을 통하여 단일 스펙트럼 홀 채널을 이용한 경우와 비교하여 핸드오프 호의 손실률과 초기 발생 호의 차단률을 줄일 수 있음을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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